Forscher der University of Cambridge und der University of California San Diego haben mit einem 3D-Biodrucker organische Strukturen entwickelt, die Algen im Meer einen neuen Lebensraum bieten können, wenn deren Überlebensgrundlage, die Korallenriffe, von den Folgen des Klimawandels zerstört wurden. Mit einem neu entwickelten Bioprinter gelang es den Wissenschaftlern komplexe Strukturen zu drucken, die die Überlebensfähigkeit von Algen ohne Korallen um das Hundertfache verbessern und gleichzeitig die Ansiedlung neuer Korallen möglich machen.
Korallenriffe zählen zu den größten von Lebewesen geschaffenen Strukturen der Erde. Sie sind schön anzusehen, sind aber auch ein wichtiger Wirt für Algen. Algen haben für unser Ökosystem eine hohe Bedeutung. Damit Algen mehr Lebensräume zur Verfügung stehen und Korallenriffe geschützt werden, haben Forscher der Cambridge University in Großbritannien und der University of California San Diego mithilfe von 3D-Druck korallenähnliche Strukturen angefertigt. Die Ergebnisse ihrer Arbeit veröffentlichten sie im wissenschaftlichen Magazin Nature Communcations unter dem Titel „Bionic 3D printed corals“, wie die Cambridge University in einer Pressemitteilung erklärt. Auch in Israel haben Forscher im vergangenen Jahr sterbende Korallenriffe mit 3D-gedruckten Replikaten gerettet.
Der ideale Lebensraum für Algen
Daniel Wangpraseurt vom Fachbereich Chemie der Universität of Cambridge hat gemeinsam mit seinen Kollegen verschiedene Strukturen für verschiedene Algen untersucht, um den idealen Lebensraum für Algen zu entwerfen. Von Korallen inspirierte Strukturen verteilen das Licht ebenso effizient wie natürliche Korallen. Mit Korallen wuchs die Algenpopulation einhundertmal schneller als ohne.
„Wir haben ein künstliches Korallengewebe und -gerüst mit einer Kombination aus Polymergelen und Hydrogelen entwickelt, die mit Cellulosenanomaterialien dotiert sind, um die optischen Eigenschaften lebender Korallen nachzuahmen“, sagte die Co-Senior-Autorin Dr. Silvia Vignolini, ebenfalls vom Cambridge Department of Chemistry. „Cellulose ist ein reichlich vorhandenes Biopolymer. Es kann hervorragend Licht streuen und wir haben es verwendet, um die Lichtabgabe in photosynthetische Algen zu optimieren.“
Maßgeschneiderter Biodrucker für den 3D-Druck der Strukturen
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Für die Herstellung der Korallenstrukturen verwendeten sie biokompatible Materialien und setzten einen maßgeschneiderten Bioprinter ein. Wären extrusionsbasierte oder Inkjet-Verfahren zum Einsatz gekommen, wären die Zellen rasch abgestorben, erklärt Co-Senior-Autor Professor Shaochen Chen von der UC San Diego. Er vergleicht es mit einem Fisch, der aus dem Wasser gehalten wird. Zellen, mit denen die Forscher arbeiten, überleben nicht, wenn sie aufbewahrt werden und so ein 3D-Druck mit diesen Verfahren kann sehr lange dauern.
Die scannten die Korallen mit optischer Kohärenztomographie und verwendeten die Daten als Grundlage für ihre Modelle. Gedruckt wurde mit hohem Durchsatz und sehr hoher Druckgeschwindigkeit und erhielten Strukturen mit einer Auflösung im Mikrometerbereich in wenigen Minuten. Die gedruckte Koralle kopiert natürliche Korallenstrukturen und Lichtsammeleigenschaften und schafft so eine künstliche Wirtsmikroumgebung für die lebenden Mikroalgen.